本申请是申请日为2017年5月5日，名称为“水射流系统”的中国实用新型专利申请201790000827.x的分案申请。
本公开涉及水射流系统，包括排出高速流体束流以切割工件的水射流。
背景技术：
水射流系统将高压水转化为高速水束流，以努力侵蚀其所指向的材料。该高速水束流中可存在磨料。这种磨料可提高切割速度或扩大可切割材料的范围。由于其优于其他切割系统的优点，诸如其切割各种工件材料的能力和不会在工件上引起热应力，在制造工业中，水射流技术是熟知的。
水射流可通过其相对于切割头喷嘴的流体束流和磨料的构型来限定。一种构型，即纯水射流，基本上如图1a所示。纯水射流在流体束流中不含任何磨料。纯水射流利用高压流体束流100，该高压流体束流被馈送到切割头110中，将穿过小孔的流量加速为高速流体束流120。纯水射流通常限于可被切割的材料。
另一种构型，即磨料悬浮水射流(aswj)，基本上如图1b所示。aswj利用高压水-磨料混合物或浆料200，该高压水-磨料混合物或浆料被馈送到切割头210，将穿过小孔的流量加速为高速流体束流220。由于磨料悬浮在加压流体(例如水)中，因此当其流过小孔时会引起明显的磨损。磨料可被添加到泵的上游(在水被加压之前)或泵的下游(在水被加压之后)的水中。如果在水加压之前将磨料添加到水中，磨料可能会导致aswj泵的内部磨损。
第三构型，即磨料注入水射流(aiwj)，基本上如图1c所示。aiwj类似于纯水射流，但包括在高压流体流100被加速至高速之后注入切割头310的磨料300。这提供了高速流体和磨料束流320。与纯水射流相比，由于其改进的切割能力，aiwj可能是有利的，并且不会像在aswj中那样经历对孔以及可能对泵的内部磨损。由于这些原因，aiwj可能是制造业中优选的。
水射流可由其液压泵子系统的结构进一步限定。一种构造，即专用直接驱动曲柄泵，在图1d中示出并且在图1e中示意性地示出。在这种类型的构造中，230-460v的线电压400被提供给变频驱动器490，该变频驱动器控制20-100hp的马达410。马达410经由曲轴421联接420到液压泵430，该液压泵将相应气缸432中的多个柱塞431驱动至超高压470，通常在10,000-60,000psi的范围内，该超高压被馈送到水射流的切割头。至少30 psi的普通自来水440被馈送通过0.4-1μm的过滤系统450，产生适合于敏感泵430的纯化水。这些泵不能够存储和保持其压力，因此，当对切割头的供应关断时，它们还需要存在释放阀回路480。
另一种构造，液压增压泵，在图1f中示出并且在图1g中示意性地示出。在这种类型的构型中，230-460v的线电压400被提供给最高200hp的马达410。马达410联接420到液压泵500，该液压泵将液压流体510加压至约3000psi。包括由电子器件550控制的导阀541和换档阀542的一组阀540用于适当地管理到往复式增压泵570的液压流体供应和返回管线560。该组阀540经由子板543连接至增压泵570的主液压缸571。增压泵在主液压缸571的两侧对称，在两侧具有端罩组件572、高压缸573和端盖574。每个端盖包括止回阀组件575。到液压泵500的液压流体520通常需要通过子系统530冷却。利用3000psi液压流体供应管线560，增压泵570向流体580施加超高压，通常在60,000-90,000psi的范围内，该超高压被馈送到液压衰减器590，以在该超高压被馈送到切割头511之前将压力消除。至少30 psi的普通自来水440被馈送通过0.4-1μm的过滤系统450，产生适合于敏感增压器570的纯化水。
第三构造，即电动伺服泵，如图1h所示。在这种类型的构造中，230-460v的线电压400被提供给15-50hp的伺服马达600。马达600在泵620中包封高负载、精密滚珠丝杠、往复式柱塞。泵620产生超高压630，通常在10,000-66,000psi的范围内，该超高压可被馈送到液压衰减器590中，以在该超高压被馈送到切割头640之前将压力消除。至少30 psi的普通自来水440被馈送通过0.4-1μm的过滤系统450，产生适合于敏感泵620的纯化水。
目前上述构造的水射流系统存在许多缺陷，包括高机器成本、高维护成本、昂贵的材料使用和大的空间要求。这些系统通常还需要在设施内存在专用基础设施以支持操作。许多缺陷是由这些系统的高工作压力(例如在10,000-90,000psi的范围内)和功率要求(最高200hp)导致的。因此，水射流切割系统通常限于具有支持此类复杂且昂贵系统的资源的复杂实体。
已经投入了大量精力通过研究和多参数优化提高了水射流系统的效率。优化工作通常集中于最小化直接切割成本，同时最小化磨料、电能消耗或水流量以实现期望的切割，并且还最小化机器的间接维护成本，诸如重建成本。典型液压结构的超高压和高马力用于该研究和优化，因为该行业认为随着压力和/或马力的降低，切割成本将增加。这忽略了这些系统的由高压和马力要求而导致的成本。
技术实现要素：
本公开可提供一种水射流系统，其包括：泵，该泵被配置为在介于2000psi和8000psi之间的压力下泵送流体；电动马达，该电动马达被配置为驱动泵；料斗，该料斗被配置为储存磨料；混合室，该混合室被配置为混合来自料斗的磨料和来自泵的流体以产生浆料；切割床，该切割床被配置为接纳待切割工件；以及切割头，包括出口喷嘴，在下游与混合室流体连通。切割头可被配置为通过出口喷嘴将浆料作为高速射流排出到切割床中。
本公开的水射流系统还可包括磨料收集系统。该磨料收集系统可包括位于切割床下游的储罐。该储罐可具有一个或多个抽吸口，被配置为从储罐吸取浆料。磨料收集系统可包括用于支撑水射流系统的支撑框架。该储罐可布置在地面上方的支撑框架上。
本公开的水射流系统还可包括一个或多个文氏管接头，所述一个或多个文氏管接头用以产生用于通过储罐中的一个或多个吸入口吸取浆料的吸力。本公开的水射流系统还可包括收集泵，该收集泵被配置为泵送流体通过储罐中的出口，使得浆料被推向储罐中的一个或多个吸入口。本公开的水射流系统还可包括收集泵，该收集泵被配置为将流体从储罐中的入口泵送通过一个或多个文氏管接头以产生用于从储罐吸取浆料的吸力。
本公开的水射流系统还可包括定位在入口附近的一个或多个挡板。所述一个或多个挡板可被配置为减少碎屑进入收集泵。本公开的水射流系统还可包括收集泵，该收集泵用以产生用于通过储罐中的一个或多个吸入口吸取浆料的吸力。
本公开的磨料收集系统还可包括用于从储罐排出流体的流体排放出口，和用于收集与流体分离的磨料的保持容器。本公开的浆料可通过一个或多个吸入口被吸取到设置在储罐内的保持容器中。本公开的储罐可具有用于将浆料推向一个或多个吸入口的倾斜底部。
本公开的水射流系统还可包括磨料收集系统，该磨料收集系统包括位于切割床下游的储罐。该储罐可包括可更换的底板和位于该可更换底板下方的湿度传感器。该湿度传感器可被配置为检测水分的存在。湿度传感器可被配置为在检测到水分的情况下执行以下操作中的一个或多个：触发报警和停止高速射流。
本公开的水射流系统还可包括被配置为使切割头相对于切割床移动的运动系统，和被配置为检测高速射流的参数的射流传感器。本公开的水射流系统可被配置为基于射流传感器所检测到的参数来调节操作条件。操作条件可为下列中的一个或多个：进给速率、停留时间、压力、流体流量和磨料流量。本公开的水射流系统还可包括被配置为使切割头相对于切割床移动的运动系统。该运动系统可以是由一个或多个控制器控制的线性运动系统。该运动系统可被配置为使切割头相对于高压阀移动。
本公开的水射流系统还可包括沿着流体的流动路径定位在泵和切割头之间的高压阀，该高压阀用以开始和停止流体流向切割头。该高压阀可由一个或多个控制器控制。可能没有任何额外的阀沿着流体的流动路径位于高压阀和切割头之间。
本公开的泵可以是以下中的一个或多个：隔膜泵和活塞泵。本公开的泵可为曲柄泵。该曲柄泵可以是三缸柱塞泵，没有变频驱动器。本公开的泵能够以单一速度操作。该泵可被配置为在0.1-1gpm之间泵送流体。该泵可具有介于1-5hp之间的操作液压功率。该泵可具有介于1-2.4hp之间的操作液压功率。从本公开的料斗到切割头的磨料可具有介于0.1至0.5磅/分钟之间的流量。本公开的电动马达可具有电源，该电源是单相120v或240v交流电。本公开的出口喷嘴的内径可在0.010英寸和0.065英寸之间。出口喷嘴可固定地附接至混合室。本公开的泵和混合室可与流体管线连接。该流体管线可通过快速连接配件可拆卸地连接至混合室。
本公开的料斗和混合室可与磨料管线连接。磨料管线可与混合室直接连接。料斗可对周围环境开放。可提供计量阀，该计量阀被配置为计量料斗中的磨料。运动系统可被配置为相对于以下中的一个或多个移动切割头：计量阀和料斗。磨料管线可对环境开放，使得在料斗上部的磨料和计量阀的输出端之间没有压差。料斗可定位在混合室处或其下方。来自混合室的负压可将磨料吸向混合室。料斗可安装在切割头处或下方的固定位置。料斗可安装在混合室处或下方的固定位置。
本公开的料斗可包括外壳和可平移的抽屉，该抽屉被配置为接纳磨料。可平移抽屉可以被外壳包围并且被配置为相对于外壳平移以接纳抽屉。外壳可包围以下中的一个或多个：泵、电动马达、混合室、切割床和切割头。外壳可包围以下全部：泵、电动马达、混合室、切割床和切割头。外壳可位于切割床下方。
所述料斗包括外壳和被配置为接收所述磨料的能够平移的抽屉，所述能够平移的抽屉由所述外壳围绕并且被配置为相对于所述外壳平移以便于进入所述抽屉。
所述泵、所述电动马达、所述料斗、所述混合室、所述切割床和所述切割头由单个外壳完全包封。
本公开的水射流系统还可包括：振动设备，该振动设备被配置为使料斗振动；以及可听设备，该可听设备被配置为在振动范围内产生可听噪声，以警告使用者料斗中的低磨料水平。本公开的切割床可包括布置成网格的多个开孔。切割床可包括由互锁片形成的视觉网格。切割床可由以下中的一个或多个制成：蜂窝金属、挤出塑料和波纹塑料。
所述切割床包括由互锁片形成的可见网格。
附图说明
为了更全面地理解本公开的性质和目的，应参考结合附图进行的以下详细描述，其中：
图1a是现有技术纯水射流的示意图。
图1b是现有技术磨料悬浮水射流(aswj)的示意图。
图1c是现有技术磨料注入水射流(aiwj)的示意图。
图1d是现有技术直接驱动曲柄泵的示意图。
图1e是现有技术直接驱动曲柄泵的另一示意图。
图1f是现有技术液压增压泵的示意图。
图1g是现有技术液压增压泵的另一示意图。
图1h是现有技术电动伺服泵的示意图。
图2是示出根据本公开的示例性系统的框图。
图3是根据本公开的实施方案的子系统的示意图。
图4是根据本公开的另一实施方案的子系统的示意图。
图5a是活塞泵的图示。
图5b是隔膜泵的图示。
图6是根据本公开的实施方案的子系统的示意图。
图7是根据本公开的另一实施方案的子系统的示意图。
图8是根据本公开的实施方案的子系统的图示。
图9是根据本公开的另一实施方案的子系统的图示。
图10是根据现有技术的切割头的图示。
图11a是根据本公开的实施方案的切割头的剖视图。
图11b是根据本公开的实施方案的切割头的分解图。
图12a是根据本公开的另一实施方案的切割头的剖视图。
图12b是示例性快速连接的图示。
图12c是根据本公开的实施方案的切割头调节系统的图示。
图13a描绘了示例性磨料保持系统。
图13b是示例性磨料保持子系统的图示。
图13c至图13d描绘了示例性磨料保持和给料系统。
图14a至图14d示出了根据本公开的实施方案的经历磨料给料过程的示例性磨料保持子系统。
图15a至图15d示出了根据本公开的实施方案的磨料保持和给料子系统的实施方案。
图16描绘了根据本公开的又一实施方案的磨料保持子系统。
图17是根据本公开的实施方案的磨料保持子系统的详细视图。
图18a至图18c是根据本公开的实施方案的磨料给料子系统的图示。
图18d至图18e是现有技术料斗设计的图示。
图18f是根据本公开的实施方案的料斗设计的图示。
图18g描绘了根据本公开的实施方案的料斗设计的实施方案。
图18h描绘了根据本公开的实施方案的料斗设计的另一实施方案。
图19a至图19c示出了根据本公开的实施方案的射流耗散系统。
图20至图22是根据本公开另外的实施方案的射流感测系统的图示。
图23是未能切穿工件的磨料射流的示例性图示。
图24是根据本公开的实施方案的射流感测系统的图示。
图25a是根据本公开的实施方案的磨料收集子系统的图示。
图25b是根据本公开的另一实施方案的磨料收集子系统的图示。
图26是根据本公开的又一实施方案的磨料收集子系统的图示。
图27是根据本公开另外的实施方案的磨料收集子系统的图示。
图28a是根据本公开的实施方案的磨料收集子系统的图示。
图28b是根据本公开的另一实施方案的磨料收集子系统的图示。
图28c是根据本公开的实施方案的磨料收集保持容器的图示。
图29是根据本公开的实施方案的aiwj的图示。
图30a至图30b是根据本公开另外的实施方案的aiwj机器的图示。
图31a至图31b是根据本公开另外的实施方案的aiwj机器的图示。
图32是根据本公开的实施方案的壳体的描绘。
图33是根据本公开的实施方案的壳体清洁系统的描绘。
图34a至图34b描绘了示例性切割床。
图35a至图35b示出了根据本公开的实施方案的切割床。
具体实施方式
图2描绘了根据本公开的实施方案的使用磨料注入水射流(aiwj)的切割方法1000的流程图。方法1000可包括到标准电压电源1005的连接。如果电源1005直接插入墙壁，取决于地理区域，该电源可以是120vac或240vac，但它也可以是dc电压。电源1005可以为电动马达1010以及控制机器操作的机载电子器件供电。电动马达1010可以为泵1015提供动力，并且可以是任何合适的马达，诸如感应马达或无刷马达。电动马达1010可以直接或通过适当的速度操纵机构(诸如齿轮箱或滑轮系统)联接到泵1015，使得泵1015能够以固定但适当的速度运行。
方法1000可包括在正常环境压力或更高的压力下使用标准家用自来水1020作为泵1015的输入。在某些实施方案中，水1020可具有相对低的压力，范围为约0-100psi。泵1015可被配置为将输入水1020加压为高压水1025。在一个示例中，高压水1025可以是约2,000psi至5,000psi或2,000psi至8,000psi。可使用能够产生在该范围内的压力的任何合适的泵。与现有技术系统不同，由于本文所述的在相对较低的功率和压力下操作的泵结构，可能不需要将输入水1020过滤约0.4-1.0μm。
高压水1025可被馈送到切割头1030中。磨料1035可被进一步馈送到切割头1030中。磨料1035可被储存在料斗中。切割头1030混合高压水1025和磨料1035以产生高速混合物1045。
切割头1030可安装到运动系统1040。在一个实施方案中，运动系统1040是由一个或多个控制器控制的计算机数字控制(cnc)运动系统。在另一实施方案中，运动系统1040是线性运动系统，其中两个轴由一个或多个控制器控制。运动系统1040可允许用户手动调节和锁定切割头1030的高度。运动系统1040可包括用于进一步改变运动的附加轴或自由度。例如，运动系统1040可描绘出用户定义的二维路径，其位置精度为约 /-0.0005英寸。
高速混合物1045可以指向工件1050以进行切割。一旦高速混合物1045切穿工件1050，使用过的混合物1055就可以收集在储罐1060中。使用过的混合物1055包含使用过的磨料1065和水1070。使用过的水1070可被送到排水管，或者再循环到泵1015。使用过的磨料1065可与水1070分离并由使用者处理或回收，如在本文描述的其他实施方案中那样。
本系统可经由具有120v至240v的线电压的电源1005或甚至约12-120v的dc电源来供电。这与现有技术aiwj系统形成对比，现有aiwj系统需要最少230v，45a的电源(或更常见的是，专用电压源，诸如高电流三相，380v或460v)以便操作。因此，本公开中描述的系统可从标准家用电源1005操作，诸如公共15a电源。这至少部分是由于本公开中描述的系统可具有在系统中使用的小于约2.4hp或小于5hp的电动马达1010。相反，现有技术aiwj系统需要介于15hp至200hp之间的马达，并且更通常介于50hp至100hp之间，这取决于所使用的泵的类型。因此，本公开可具有更小的电动马达1010，该电动马达可提供更低的部件及操作成本。
图3是根据本公开的机器1001的一部分的示意图，包括切割头1030、工件1050，以及料斗1036。切割头1030中的高压流体1025(例如水)被推动穿过孔1031，以便将水加速为高速流体束流1026。孔1031的内径可介于0.005英寸和0.030英寸之间。然后将高速流体1026馈送到混合室1032以与储存在漏斗1036中的磨料1035相遇。
料斗1036用于储存磨料颗粒1035。在一个示例中，磨料颗粒1035可以是网眼尺寸为80的石榴石。取决于希望切割的工件1050的材料，针对磨料1035可使用其他材料和尺寸。磨料1035可穿过软管1037流入混合室1032。
由于“文氏管效应”，高速流体1026可在混合室1032内产生负压，以帮助磨料1035从料斗1036流动。在混合室1032内，高速流体1026(例如水)和磨料1035在流过出口喷嘴1033时混合在一起，以产生用于切割工件1050的高速混合物1045。在一些实施方案中，出口喷嘴1033可具有介于约0.010英寸和0.065英寸之间的内径。
图4是根据本公开的机器1001的一部分的另一示意图，其进一步示出了搁置在切割床1051上的工件1050。切割床可以由薄金属或塑料板条制成。一旦高速混合物1045切穿工件1050并穿过切割床1051，使用过的混合物1055就可以收集在储罐1060中。
图5a和图5b描绘了根据本公开的实施方案的泵布置。具体地讲，图5a描绘了示例性活塞泵2015，并且图5b描绘了示例性隔膜泵3015。图5a的活塞泵2015包括气缸2017内的可移动活塞2016。当活塞2016沿第一方向(图5a中向上)移动时，下球阀2018和上球阀2019上升并且流体经由入口2020进入气缸2017。然后活塞2016沿第二方向(图5a中向下)移动，球阀2018、2019之间的气缸2017内的流体被加压。在活塞2016再次沿第一方向移动时，上球阀2019的升高允许加压流体经由出口2021离开气缸2017。提供下填料2022、上填料2023和可调节填料2024以密封气缸2017内的活塞2016。
图5b的隔膜泵3015包括外壳3017内的可移动隔膜3016。隔膜3016通过操作杆3018移动，该操作杆位于弹簧座3020的杆引导件3019中。提供压缩弹簧3021，其接合弹簧座3020和外壳3017以偏置操作杆3018。提供调节螺母3022以调节压缩弹簧3021的预载荷。提供行程指示器3023以显示隔膜3016的移动。当操作杆3018沿第一方向(在图5b中向上)移动时，流体经由孔3024进入外壳3017。然后，通过压缩弹簧3021的偏压迫使操作杆3018沿第二方向(图5b中向下)移动，并且流体被加压并离开孔3024。
虽然目前的aiwj系统使用的泵将水加压到介于10,000psi和90,000psi之间，但是本公开可以使用泵，诸如泵2015和3015，在相当低的压力下对流体(例如水)加压，诸如在约2,000psi和5,000psi或2,000psi和8,000psi之间的流体压力。液压衰减器可与这些泵装置结合使用，以便消除泵输出束流中存在的任何压力波动。因此，根据本公开使用的泵可比现有技术系统小，这允许减少部件、操作和维护成本。
图6描绘了根据本公开的布置，其中泵1015不包括再循环系统。相反，系统1001使用压力传感器1016来感测泵的高压输出何时经由高压阀1017关闭，这导致压力尖峰。压力传感器1016连接到马达开关1011，该马达开关可关断电动马达1010以停止泵1015。这种用于管理循环的方法可比使用再循环系统管理循环价格更低廉且更高效，这在现有技术设计中是必要的。
图7描绘了本公开的另一实施方案，其包括曲柄泵，诸如三缸柱塞泵4015，以及再循环系统4018。在该布置中，即使当高压阀1017的输出关闭时(例如，泵的输出流体可以转移回泵的入口)，再循环系统4018可以允许电动马达1010保持接通。在该布置中，通过使电动马达1010以固定速率旋转，可以省略用于电动马达1010的变频驱动机构，而不管对泵4015的输出的限制。如果泵4015的输出经由高压阀1017限制或完全关闭，则部分或全部高压流体1025可通过压力触发泄放阀4016通过再循环系统4018送回泵4015的入口。可包括单向止回阀4019，以防止已经流过再循环系统4018的输出流体1025的任何回流。目前使用直接驱动曲柄泵的aiwj系统使用变频驱动机构来改变马达转速，以便改变泵的流量。变频驱动机构价格高昂，因此从本公开的该实施方案中将其消除可能是有利的。
图8描绘了本公开的另一实施方案，其不包括“传统的”高压阀1017(例如类似于电磁阀的开/关阀)。相反，压力致动阀1026可位于泵1015和切割头1030之间的流动路径中。压力致动1026可在特定压力下或低于某一压力时，例如等于或低于150psi时，保持关闭。由于上游流体(例如水)压力可以是环境抽头压力(例如0-100psi)，因此当电动马达1010和泵1015关闭时，压力致动1026将保持关闭。一旦电动马达1010和泵1015打开，系统的压力就可以升高至高于压力致动1026的阈值压力(例如，150psi或更高的压力)以打开压力致动1026。这样，可通过打开和关闭电动马达1010来控制流体输出。还可包括泵输出上的阀(压力致动阀1026或高压阀1017)，因为关闭电动马达1010可能不阻止连续流体流过系统1000。例如，低压流体1020仍然可以流经泵1015及其输出。
在当前的aiwj系统中，高压阀位于高压软管的下游，并且固定地连接至切割头。这是为了使高压阀下游的加压流体的体积最小化，该加压流体在减去压力时将减压，并且一旦高压阀关闭就会泄漏到切割头中。由于流体(例如水)在正常的磨料注入操作压力(例如60,000-90,000psi)下是可显著压缩的，因此进入切割头的泄漏量可能很大。这种泄漏会弄湿切割头的磨料入口，这会导致磨料堵塞。
图9示出了本公开的另一个实施方案，其中高压阀1041(例如压力致动阀、压力开关或其他适合的阀)位于流体的流动路径中的泵(未示出)和切割头1030之间，在高压软管1042上游。通过不将高压阀1041安装到运动系统1040，使得高压阀1041与切割头1030一起移动，运动系统1040不需要使高压阀的质量(其可称得为例如0.5至10磅)加速。这种布置可有利于例如通过减小机器的高度来降低运动系统1040的扭矩要求和系统的紧凑度。这种布置也可允许由一个或多个控制器控制的高压阀1041。高压阀1041可被定位成远离可移动切割头1030和/或混合室。例如，高压阀1041可以安装在机器上1001的固定位置。这样，阀接线可以被定位成远离切割头1030。现有技术的布置的线在切割头附近，这些线昂贵并且易于由于暴露于磨料和流体而发生故障。虽然高压aiwj系统由于泄漏问题可能需要高压力阀定位在切割头上，但例如工作在2,000psi和5,000psi之间或2,000psi和8,000psi之间的压力的低压aiwj系统可具有最小的泄漏。
图10示出aiwj切割头30，其包括孔31、混合室32、出口喷嘴33、适配器34、螺母35和套管36。橡胶套管36可以布置在出口喷嘴33周围，并且螺母35围绕套管36。螺母35旋入混合室32，从而将出口喷嘴33附接到混合室32。适配器34旋入混合室32并且将孔31保持在适当位置。适配器34的相对的两端可以旋入上面讨论的高压阀或可直接通向高压软管。该配置允许由于尺寸差异或磨损而更换出口喷嘴33和孔31，并且允许为出口喷嘴33(通常为碳化物)、孔31(通常为红宝石、蓝宝石或金刚石)以及混合室32(通常是不锈钢)使用不同的材料。
图11a至b示出了其中切割头1130具有出口喷嘴1133的布置，该出口喷嘴可永久地压合到混合室1132中，从而消除对螺母或套管的需要并减小了切割头1130的重量。孔1131还可永久地压合到混合室1132中。孔1131和/或出口喷嘴1133还可被构造为混合室1132的一部分，例如，由整块材料制成。
图12a示出了另一个实施方案，其中适配器1234包括用于可拆卸地与混合室1232联接的非螺纹配合连接器。例如，适配器1234可为用于快速连接配件的插头，并且混合室1232可为快速连接配件的插座。在这种布置中，混合室1232可经由快速连接配件可拆卸地连接到泵的流体管线，该流体管线连接到泵。示例性快速连接配件1200在图12b中示出。快速连接配件1200包括插头1201，该插头包括在一端上的外螺纹1202和在相对端上的插头顶端1203。插头1201还包括插头凸台1204，该插头凸台限定滚道1205。快速连接配件1200还包括插座1206，该插座在一端包括内螺纹1207。快速连接配件1200还包括套管1208，该套管包括球槽1209。在球槽1209内设置有闩锁球1210，并且当插头1201插入套管1208中时，闩锁球与滚道1205配合。在搁置在密封垫圈1212内的套管1208内设置有管状阀1211。提供了套管弹簧1213，其结合套管1208和插座1206，并且提供了阀弹簧1214，其接合管状阀1211和插座1206。
当适配器1234以这种方式连接到混合室1232时，它将孔1231牢固地保持在其间。在适配器1234和孔1231之间可存在柔顺密封件1238。密封件1238可固定地附接到适配器1234、固定地附接到孔1231，和/或为不同的部件。在图12a所示的具体实施方案中，橡胶密封件1238附接到孔1231。出口喷嘴1233可固定地附接到例如压合到混合室1232中。适配器的相对端(指向远离混合室的方向)可旋入高压软管端部的接头中。适配器1234可在一侧上具有内螺纹，该内螺纹接纳软管的外螺纹。在另一个实施方案中，软管的一端用作适配器1234，例如软管可以是非螺纹配合连接器。
在现有技术的系统中，切割头的适配器和/或切割头本身可以牢固地安装到一个挡块上，其中该挡块经由马达或手动致动平移(例如向上和向下滑动运动)。适配器和/或切割头可联接到运动系统的挡块来调节切割头的高度。所述挡块的运动可经由沿其滑动的一个或多个导杆而受到限制，从而仅具有单个自由度的运动。根据本公开的一个实施方案，如图12c所示，适配器1235可连接到高压入口1241。适配器1235将允许高压流体从高压入口1241流向切割头1230。挡块1236可被固定地安装到运动系统1240，并且适配器1235可被布置成通过块1236，从而同时用作导杆。在这种布置中，适配器1235可相对于挡块1236移动以调节切割头1230的高度。锁紧螺母1237可以能够调节地连接到挡块1236。锁紧螺母1237可具有解锁位置和锁定位置，解锁位置可允许导杆1235相对于挡块1236的运动，锁定位置可限制导杆1235相对于挡块1236的运动。在操作中，使用者可将锁紧螺母1237移动到解锁位置，并且手动地将导杆1235相对于挡块1236移动以实现切割头1230的所需高度。使用者还可将锁紧螺母1237移动到锁定位置以将切割头1230固定在所需高度。
图13a示出了来自现有技术的aiwj系统，其中大保持罐1336储存磨料，例如100至10,000磅之间的磨料。可使用压缩空气将磨料泵送通过软管1333，到达安装到运动系统1340上并与切割头1330一起移动的小料斗1338，如图13b所示。磨料从料斗1338流经阀1339，该阀也可安装到运动系统1340。这样，料斗1338随着切割头1330的运动而运动。
aiwj系统一般具有用于磨料保持系统的两种布置中的一种。图13c示出了第一种布置，其中磨料保持系统包括用作保持罐的密封压力容器。压力密封容器迫使压缩空气通过磨料管并进入切割头。该架构的缺点在于，当压缩机接通时(并且设备在工作中)，考虑到喷出风险，使用者不能再将保持罐充满。在图13d所示的第二种布置中，保持罐对环境压力开放，并且有一个阀，该阀部分地密封通过该保持罐逸出的压缩空气。在该示例中，旋转部件迫使来自保持罐的磨料进入管中。该过程产生了足够的阻力来维持管内压力，从而将可通过储罐逸出的空气最小化。该架构的缺点在于，阀由于流动的磨料而磨损。更换这些阀可能是昂贵而且耗时的。
在任一种布置下，可使用压缩空气将磨料泵送通过软管，到达安装到运动系统并与切割头一起移动的“小料斗”。小料斗可具有磨料阀，该磨料阀打开和闭合。阀的开口的横截面积可决定磨料的质量流量，从而确定切割速度和性能。一些磨料阀可改变其开口的横截面积，从而允许可变的磨料质量流量。然而，这些类型的阀昂贵且易于磨损。磨料由于重力和在混合室中产生的吸力而从料斗流入切割头。
图14a示出了磨料保持系统的一个实施方案，其中保持罐1436不包括用以限制从保持罐1436逸出的压力的阀，并且保持罐对环境压力开放。为了保持压力，鼓风机1437迫使磨料1435进入小料斗1438，并且朝向切割头1430。在一个具体示例中，鼓风机1437可转动以使离散的磨料包1439进入小料斗1438中。根据本公开的一个实施方案的将磨料1435送入料斗1438的方法在图14b至d中示出。首先，图14b示出，磨料1435可在重力作用下落下并且在t形接管1434中收集。第二，图14c示出，鼓风机1437可启动以迫使磨料包1439通过管1433并进入切割头1430附近的小料斗1438中。除了迫使磨料包1439移动之外，来自鼓风机1437的压力还可用于防止任何显著量的磨料1435落入t形接管1434中。第三，图14d示出了被关闭的鼓风机1437，这可允许额外的磨料1435落下并重新填充到t形接管1434中。该过程通常可在磨料切割工艺期间重复。
在一些实施方案中，可将鼓风机1437设定为以预定义的占空比启动/关闭。图15a示出了另一个实施方案，其中包括传感器1532以确定“包”是否被迫来自t形接管1434。传感器1532可为任何合适的传感器，包括压力传感器或光传感器。传感器1532可发送信号到鼓风机1437来启动/关闭，从而创建控制鼓风机1437的占空比的闭环反馈系统。该实施方案可以比具有预定义的占空比的鼓风机1437更强健并使鼓风机的占空比最大化。例如，传感器1532可根据所用的磨料类型来控制鼓风机1437(因为磨料的流量将根据所用磨料的类型而变化)。因此，可通过使用来自传感器1532的反馈减少鼓风机1437的任何“关闭时间”，从而增加系统中磨料1435的净流量。
图15b还示出了一种布置，其中第一管1433被分流到第二管1539中，使得来自鼓风机1437的空气只有一部分通过保持罐1436逸出。这种布置可减少防止额外磨料1435落下的背压。第一管1433和第二管1539重新连接到t形接管1434之外，以允许组合气流推动磨料包1439。
在图15a至b所示的实施方案中，保持罐1436对环境压力开放，从而可在系统使用期间再充满。另外，这些实施方案不包括会磨损并且需要更换的阀。这些实施方案也可具有更紧凑的布置。例如，使用压缩空气将磨料1435推入小料斗1438中可消除对主料斗1436的需要，主料斗包含要储存在特定高度(例如，在切割头1430上方的某个高度)的大量磨料。
在上述实施方案中，如图14a至d和图15a至c所示，来自鼓风机1437的压缩空气迫使来自大保持罐1436的磨料1435通过管1433进入小料斗1438，该小料斗进料到切割头1430。磨料1435通过底部的管1441离开小料斗1438，并且在通过计量阀1442之后进入切割头1430，该计量阀控制流入切割头1430的磨料1435的量。计量阀可为开/关阀或流量控制阀，其可控制流经其中的磨料的量(例如，不是二元阀)。计量阀1442还可为任何合适的阀，包括夹管阀。就夹管阀而言，夹杆夹住管1441以阻止磨料流动，使得致动机构不需要接触磨料1435。这可减少对系统的磨损。
图15d示出了另一个实施方案，其中小料斗1438包括压力释放阀1443，该阀用以将小料斗1438中的压力在保持环境压力下或大约环境压力下，即使在使用压力将磨料1435例如经由压缩空气送入切割头1430期间也如此。压力释放阀1443可位于第二管1444中，该第二管将小料斗1438中的环境空气连接到在计量阀1442下游但在切割头1430上游的管1441。这种布置可用于将计量阀1442正下方的空气保持在环境压力下，即使切割头1430在其入口处产生真空压力时也如此。压力释放阀1443可以允许空气进/出，并可抵抗流体(例如水)进入。
图16示出一个实施方案，其中料斗1636固定到切割床1651上方的框架1652。软管1633将料斗1636连接到切割头1630。磨料1635由于重力和在混合室1632中产生的吸力而从料斗1636流入切割头1630。根据该布置，压缩空气可能不需要泵磨料1635，并且运动系统1640不需要将填充有磨料1635的料斗1636的质量加速。
图17示出了另一个实施方案，其中高压流体软管1726安装到料斗1736上。来自软管1726的振动可使料斗1736振动，从而防止磨料1735在使用系统期间粘附到料斗1736的内壁。
图18a示出了另一个实施方案，其中料斗固定地安装到框架上。例如，可将料斗安装在切割头的相同高度或其下方。磨料可由进料设备1839诸如刚性螺旋输送器连续地向上进料。磨料可在进料设备1839的顶部穿过磨料管线1837，并且由于重力和/或在切割头1830处产生的吸力而进入切割头1830。可使用例如由机器的控制器控制的马达来使进料设备1839旋转。马达的旋转频率可决定磨料的质量流量。简单地改变马达的旋转频率允许可变的磨料质量流量控制。停止马达可使磨料的流动停止，从而不需要昂贵的磨料阀。在图18b所示的另一个示例性实施方案中，磨料可利用进料设备1838诸如柔性螺旋输送器从料斗1836连续地向上进料。进料设备1836可以直接将磨料送入切割头1830。
图18c示出了另一个实施方案，其中料斗1836固定地或不固定地安装到框架上或完全与水射流系统分离。例如，料斗1836可以安装为使得料斗底部的高度等于或低于切割头1830和/或混合室。磨料1835可以从料斗1836通过磨料管线1837送入，并由于切割头1830产生的真空压力进入切割头1830的混合室。磨料管线1837可为短的，例如1米或更短，以便吸力足够强以克服管线阻力，并且将磨料1835穿过磨料管线1837拉入切割头1830中。料斗1836可不必是密封的压力容器以便操作，因此可允许料斗1836在使用期间重新加载额外的磨料1835。磨料1835可由于重力而在料斗1836的底部流入进料磨料管线1837。计量阀1831诸如夹管阀可位于料斗的下游以便控制磨料1835的流动。三通接头1832可定位在计量阀1831的下游，使得磨料管线1837可对环境空气开放。磨料1835的流动可由于磨料桩顶部以及计量阀1831下游的环境压力1808而完全由重力驱动。流动将完全由重力驱动，因为在料斗1836的顶部和底部之间可能没有显著的压差。由于磨料的流量可与计量阀中开口的尺寸成正比，因此缺乏压差使得更容易地通过计量阀来控制磨料的流量。相比之下，如果存在压差，则流量可取决于压差的水平，这可能难以控制。为了降低压差风险，可提供一个或多个开口1808。
该系统可以在没有三通接头1832的情况下类似地起作用，使得在计量阀1831上游可存在环境压力1808并且在该计量阀下游可存在负压。磨料1835的流量可通过穿过料斗1836和磨料管线1837之间的计量阀1831的开口的尺寸来调节。在该实施方案中，料斗1338(来自图13b)和/或计量阀1339(来自图13b)可被定位成远离活动切割头1330。通过将料斗和/或计量阀定位成远离切割头，运动系统的质量减小。有利的是，还可减小系统的总体高度。料斗1836还可以定位在这样一个位置，使得来自计量阀1831的输出与切割头1830处于相同高度或低于切割头。不是在重力的作用下进料，而是可以由吸力引起来自计量阀1831的输出端并进入切割头1830中的磨料流动。同样，这可进一步减小系统的总体高度。
在图18h所示的另一个实施方案中，机器1800包括由框架1861支撑在任一侧上的储罐1860。料斗1838不是固定地安装到框架1861上，而是可相对于框架1861移动，使得其可向外拉以用于倾倒更多的磨料，然后回缩回机器1800的范围内。例如，料斗1862可能够相对于框架1861平移，例如经由滑动、旋入/旋出或任何其他适用的运动。料斗1862的顶部可存在开口1862，可向该开口中倾倒磨料。
通过料斗底部的孔中的磨料流的一个常见问题是“鼠洞”的出现，其中颗粒在底部的该孔周围积聚但不流过它，如图18d所示。常见的解决方案是用于高且窄的料斗，其增加有用体积以避免“鼠洞”发生，如图18e所示。然而，高且窄的料斗可增加机器的尺寸和重量。
图18f示出了另一个实施方案，其中料斗1836可比其宽度短。高度可以小于从储罐底部到切割床顶部的距离，例如6至24英寸。料斗1836的底部部分1840也可以倾斜。底部部分1840的角度可以与水平面成1至30度。在一个示例中，底部部分1840的角度可以与水平面成10度。可将一个或多个振动马达1841安装到料斗1836上，例如安装在底部部分1840，以保持磨料流动并防止“鼠洞”。如图18g所示，底部部分1840可以联接到警告设备1842，该警告设备可以警告使用者该料斗中的磨料量低。例如，警告设备1842可以是声音设备，其被配置为在振动范围或振动下产生可听噪声。料斗的底部部分1840还可以被设计成用作警告设备1842，其在经受特定振动范围或振动时产生声音警报。例如，当料斗1836填充有磨料时，系统可产生不同的或很小的声音，因为振动可因为磨料的存在而被抑制(例如，由此使所需的可听警告声音衰减)。然而，当料斗1836达到所需的阈值，诸如低液位，产生的声音可能不被衰减。这种布置可以为使用者提供警告指示器，其指示需要将更多磨料添加到料斗1836。
图19a示出了系统1900的一个实施方案，其中可例如使用螺旋桨1962在储罐1960内生成涌流1961。涌流196可以破坏射流1945，使得射流1945在撞击储罐1960的底部之前的行进距离增加。在第二实施方案中，流体诸如水的一个或多个高速射流可从储罐的一个或多个侧面被注入。这种湍流还可以破坏磨料射流并使磨料颗粒散开，以减小射流作用于储罐底部的力。在第三实施方案中，射流可安装到运动系统的轴线，使得射流可与磨料射流相交以有利于磨料颗粒的散开。在这些示例中，射流可包括任何合适的流体，包括水等。
图19b示出了系统1901的另一个实施方案，其中切割床1951包括布置在网格中的多个开孔1952。切割床1951可由任何合适的材料制成，包括金属或塑料。例如，切割床1951可以由蜂窝状金属、挤出塑料或波纹塑料制成。切割床1951中的每个开孔1952可具有4mm2和100mm2之间的尺寸。在一个具体示例中，切割床1951可由波纹塑料制成，其中每个开孔1952的尺寸被设定成具有大约25mm2的面积。储罐1960中的流体1970的液位可以保持在距切割床1951的顶部的特定距离d处，例如，在0mm和50mm之间。在一个具体示例中，距离d可以保持为在流体1970的液位和切割床1951的顶部之间大约30mm。因此，当射流1945切穿工件1950并进入储罐1960时，射流流体1945(例如水和磨料)可暴露于非常少的空气。例如，射流流体1945可在切穿工件1950之后进入开孔1952。这种布置可以防止空气进入射流并因此进入储罐1960，并且因此当射流穿过储罐中的流体时导致射流消散并且更快地失去动能。与现有技术设计相比，这可导致利用较小的储罐来耗散相同量的射流能量。
开孔1952的尺寸和流体1970的液位可影响射流耗散。尽管使储罐1960中的流体液位1970靠近切割床1951的顶部可能是有利的，但是太靠近切割床1951的流体液位1970可能引起湍流，其使加工材料1950移动或以其他方式干扰切割操作。图19c示出了系统1901的一个实施方案的透视图。储罐1960的一部分可见以示出流体1970的液位，以及流体1970的液位与切割床1951的顶部之间的距离d。
图19a至c的实施方案可以降低对储罐1960的高度要求，并因此降低切割床1951的顶部相对于储罐1960底部的高度。具体地讲，可以将切割床1951顶部的高度减小到12英寸或更小，使得即使在台面条件下它也是符合人体工程学的舒适高度。
图20示出了本公开的一个实施方案，其中机器2000被配置为检测磨料射流2045是否已对储罐2060的底部造成损坏。例如，机器2000可被配置为检测储罐2060是否被刺穿。在一个示例中，可更换的底板2061可定位在储罐2060的底部。板2061可例如通过紧固件2062附接到储罐2060。内部空间2064可例如通过垫圈2063密封在板2061和储罐2060之间。内部空间2064可包含传感器2065，诸如水分传感器。传感器2065可被配置为检测内部空间2064中是否存在液体。如果检测到液体，例如由于刺穿板2061，机器2000可被配置为采取适当的动作，诸如警告机器操作者和/或关闭机器。在另一个示例中，可更换的板可由电绝缘材料制成，并且内部空间可导电。因此，当磨料射流穿过可更换的板时，液体接触导电材料并完成电路。还能够以类似的方式使用其他传感器，包括压力传感器、力传感器、应变仪等。
在一个另选的实施方案中，可以使用多层可更换板，以允许多个警告液位和更高的磨损测量保真度。例如，可更换的板可包括电绝缘材料和导电材料(诸如层压材料)的交替层。在又一个另选的实施方案中，可替换的板可以具有格子，由此该板由方格阵列组成。每个方格可以具有多个交替的电绝缘材料和导电材料层，并且每个方格可以彼此电绝缘。每个方格的每个导电层可以接线为使得液体可以完成导电部分之间的电路。这可以指示磨料射流穿透到可更换板中的位置和深度，例如，通过依赖于该位置存在哪个电路。虽然给出了方格阵列的示例，但也可使用其他传感器阵列布置。
图21示出了另一个实施方案，其中机器2100被配置为感测磨料射流2145磨损储罐2160的底部。例如，传感器或传感器阵列2165可安装到储罐2160的下侧。传感器2165可为检测振动的加速度计。这样的传感器2165可以估计由储罐2160底部的磨料射流2145引起的冲击的位置和量值。如果该冲击高于某个阈值，则传感器2165可以警告机器2100，或者执行动作，诸如关闭机器、降低压力、降低磨料流量、增加运动系统的进给速率(例如，这样更多的射流能量通过切割材料消散)或执行任何其他减少储罐底部侵蚀的方法。可使用其他传感器代替加速度计，包括声传感器、压力传感器、力传感器和/或应变仪。
在当前aiwj系统中，水射流操作者必须在机器软件中输入待切割的预期材料和材料厚度，使得它可以调整各种切割参数，例如进给速率、停留时间、加速度等。水射流的软件或固件具有基于材料和材料厚度的参数值数据库，或者操作者必须手动选择这些参数并将其输入软件。如果机器由于某些部件(诸如出口喷嘴或孔)的磨损而没有达到最佳性能，或者如果操作者选择了错误的设置参数，机器可能无法完全切穿所需的材料，因为它无法相应地调整参数。
图22为本公开的另一个实施方案，其中切割头2230的运动可基于在正常操作下检测到的参数来调节。参数可为射流的位置或特性，包括位置、速度和角度。可例如使用传感器或传感器阵列2265来检测参数。这样，可在运动系统2240和传感器阵列2265之间创建闭环控制系统。例如，在开始切割路径之前，切割头2230可以在其刺穿工件2250中的初始孔时停留在一个位置。停留时间可以是许多水射流参数(包括流体压力、流体流量、磨料流量等)以及工件参数(诸如材料和材料厚度)的函数。不同于停留预定量的时间，本公开可以允许运动系统2240在开始沿其切割路径移动之前停留，直到传感器阵列2265感测到磨料射流2245已经冲击储罐的底部并且因此刺穿了工件2250。
另外，如果切割头2330沿其切割路径移动太快(例如，如果进给速率太高)，则磨料射流2345可能不会切穿工件2350的整个厚度，如图23所示。降低进给速率可解决该问题，并且允许磨料射流2345完全切穿工件2350。在图22所示的实施方案中，如果切割头2230沿其切割路径运动并且传感器阵列2165没有感测到对储罐底部的足够的冲击(例如，磨料射流2145没有切穿工件2150)，则传感器阵列2165可以发送一个信号，该信号可以降低切割头2130的进给速率。
切割头的进给速率可影响工件的表面光洁度。较慢的切割可产生更平滑、尺寸上更稳定的成品。更快的切割可产生更粗糙、尺寸上较不稳定的成品。射流的偏转也可以是进给速率的函数。因此，射流偏转角可与表面光洁度相关。如图24所示，射流2445可以在切割头的运动的相反方向上以偏转角2446偏转。机器2400可以通过磨料射流2445相对于切割头2430的位置在储罐2460的底部上的冲击的位置来估计偏转角2446。机器可以使用传感器阵列2465来对切割头2430的进给速率进行闭环控制，以通过实时估计偏转角2446来保持一致的表面光洁度。
在该实施方案中，用户可能不需要向机器2400指定工件2450的材料和材料厚度。相反，机器2400可以使用来自传感器阵列2465的恒定反馈，以便设定其进给速率、停留时间、加速度和其他运动相关参数，以及其他水射流参数，例如压力、水流量、磨料流量等。
在当前aiwj系统中，通过出口喷嘴排出的流体和磨料可收集在切割床下方的大储罐中。可将流体过滤并排出或再循环到泵的入口中。磨料在储罐底部积聚。储罐底部可以是平坦的，导致磨料在其落到的任何地方沉降，这可以覆盖储罐的底部。为了移除磨料，使用者可以使流体(例如水)储罐排水并用铲子移除磨料。
图25a示出了本公开的一个实施方案，其中储罐2560的至少一部分倾斜以有利于磨料2565的收集。例如，储罐2560的底部可倾斜，使得磨料2565收集在储罐的一侧上。在图25b中，机器2501的储罐2560的底部倾斜，使得磨料2565收集在一个拐角处。可以使用各种角度来将磨料2565引导到在本公开的范围内的一个特定区域中。在另一个实施方案中，如图26所示，流体射流2661(例如，水)将加压流体吹入机器2600的储罐2660的底部。流体可以处于30psi至100psi的低压，或者是从泵出口以2,000psi至5,000psi或2,000psi至8,000psi转移的高压流体。这可以在储罐2660的底部产生涌流2662，其有助于将磨料2665移动到一个特定区域中。可以布置一个或多个喷射器2661以有利于磨料2665以期望的方式移动。在喷射器上游的阀2663可用于防止用过的流体2670在喷射器关闭时流回喷射器2661。
在图25b所示的实施方案中，磨料2565被配置为在可拆卸的保持容器2575中沉降。储罐2560中的流体2570可以通过软管2571从保持容器2575中排出，然后可以拆下保持容器2575以丢弃用过的磨料2565。通过将流体与所用磨料2565分离，可更容易地移除磨料2565。
在图27所示的另一个实施方案中，沉降的磨料2765可以经由螺旋输送器2777通过机器2700中的可密封孔2778移到保持容器2775中。螺旋输送器2777可为手驱动的或电驱动的。在该实施方案中，储罐2760中的流体2770可在移除磨料2765以防止通过孔2778泄漏之前从流体排放出口2771排出。
在图28a所示的机器2800的另一个实施方案中，沉降的磨料2865通过软管2872被吸取到保持容器2875中。可例如经由被迫通过室2880内的小孔的高压流体2825(例如水)来产生吸力。这导致室2880内的低压，这是由于文氏管原理，从而从储罐2860移除磨料2865。切割头2830和室2880可共享相同的高压流体2825供应。高压流体2825可被分流，其中一部分流向切割头2830，剩余部分流向室2880。
在图28b所示的机器2801的另一个实施方案中，吸入口2872可用于从储罐2860的底部吸取磨料2865。通过出口喷嘴2861排出的一个或多个流体射流2862可有助于在吸入口2872附近收集磨料2865。射流2862可由任何合适的压力源形成，包括在100psi左右的加压流体(例如水)。合适的吸力的一个示例可使用文氏管2881形成，由此加压流体进入限制区2889。在文氏管2881内的所得射流可在吸入口2872处产生真空压力，以用于收集来自储罐底部的废磨料。出口喷嘴2861和文氏管接头2881的加压流体可来自任何合适的源，例如将来自储罐2860的流体送入的泵2888。为了最小化流过泵2888的废磨料的量，可将一个或多个挡板2885包括在流体储罐内。挡板2885可将储罐2860中的流体分离成两个部分，主要区域2870和挡板区域2890。这两个区域只能通过挡板2885下方的小间隙连接。这可有利于将挡板区域2890定位在切割射流的行程之外，以避免切割射流直接进入挡板区域2890。由于磨料比切割流体(例如水)密度更大，因此磨料沉降在储罐底部。因此，来自主区域2870的进入挡板2885下方的挡板区域2890的磨料可能不会到达挡板区域2890的顶部。在上述磨料收集和移除系统的其他实施方案中，出口喷嘴2861可被消除和/或可存在多个吸入口2872，这些吸入口位于沿储罐2860的各个点处，每个均具有其自身的文氏管2881。例如，可以有四个吸入口2872，分别位于储罐底部的每个拐角。通过每个文氏管2881的流体流动可来自相同泵2888的输出，或来自单独的泵。
泵2888可以具有来自挡板区域2890顶部的口2891的流体输入。输入流体(例如，水)可经过过滤器2883，然后进入泵2888中。泵2888可具有由阀2886控制的第三输出，以通过软管2882排出过量的流体。离开接头2881的流体和磨料混合物(浆料)可通过软管2887并进入保持容器2875。在一个实施方案中，保持容器2875可容纳在储罐2860内。当保持容器2875填充浆料时，磨料2865和流体2892可分离。随着更多浆料进入保持容器2875，磨料2865可以使流体2892移位以使流体2892从保持容器2875溢流回到储罐2860中。在一个示例中，保持容器2875可位于储罐2860内部，但可容易地移除。这样，可通过从储罐2860移除保持容器2875以排空磨料2865，从而弃置废磨料2865。在其他实施方案中，可存在位于储罐2860内部或外部的多个保持容器2875。如果保持容器2875不位于储罐2860内，则返回管线2884(例如，如图28c所示)可用于将移位流体2892返回到储罐2860。保持容器2875可以被提升到储罐2860之外，允许流体2870由于重力而通过其中的开孔排出，以丢弃用过的磨料2865。此外，储罐2860中可以包括额外的保持容器2875，其分配所收集的用过的磨料2865以便于提升。在一个具体实施方案中，提供了两个保持容器2875，其中填充有用过的磨料2865的每个保持容器2875可以重约14磅。将保持容器2875容纳在储罐内可以具有以下优点：在使用系统之前，如果使用者忘记将保持容器2875返回到储罐2860内，则从软管出口2887离开的浆料会溢出回到储罐2860中。在机器2800、2801的实施方案中，储罐2860不需要排空流体2870(例如水)以便移除磨料2865。
在当前aiwj系统中，从切割头排出的磨料颗粒以极高的速度冲击工件，并且可能在撞击时震裂。这可防止磨料被重复使用。根据本公开的实施方案，可以提供具有显着较低压力的水射流系统，其以显著较低的速度排出磨料。这可以减少与工件撞击时磨料的震裂。这样，例如，通过收集和再循环到料斗中，可以重复使用磨料。
在本实用新型的一个实施方案中，可以将用过的磨料与流体分离并干燥，以便去除所有的水分。可以例如使用筛子过滤干燥的磨料，以移除较大的固体颗粒。这些较大的固体颗粒可来自切割的工件，并且如果它们与研磨剂一起再循环则可能堵塞系统。干燥的磨料颗粒可以被移回料斗并重复使用。
图29示出了根据本公开的一个实施方案，其中机器2900很小，并且重量足够轻以便放在桌子或工作台上。泵箱2915可以与主外壳2901分开，例如放置在桌子或工作台下面。图30a示出了另一个实施方案，其中机器3000可以放在移动推车上。另选地，如图30b所示，机器3001可包括可从主外壳3003拆卸的支腿3002。在附接了支腿3002的情况下，机器3001可以设置在合适的高度而不需要桌子或工作台。还可以提供搁板3004，其可从支腿3002拆卸。泵箱3015可以放置在搁板3004上方或下方。
在另一个实施方案中，机器3100可以拆卸成几个不同的部件，使其易于运输，如图31a所示。不同的部件可包括第一部件3101，包括流体储罐和泵区域；第二部件3102，包括运动系统和外壳；以及第三部件3103，包括磨料料斗。
在图31b所示的另一个实施方案中，机器3101包括由框架3161支撑在任一侧上的储罐3160，其可包括两个侧构件。储罐3160可以悬挂在机器3101搁置的表面上方，高度为h。高度h可以在0.5英寸和6英寸之间，这允许用户在储罐3160下方的表面上存储诸如原料片材的物品或各种工具。
在图29至31b所示的实施方案中，机器可以是便携式的，这可以容易地储存和运输。例如，机器的部件可以为至多110磅，并且组装的机器可以为约300磅。
在本公开的一个实施方案中，切割区域可以用密闭的门3201(例如防水)完全封闭，如图32所示。门3201可以保持流体和磨料密封在机器3200内。门3201可以至少部分地由透明材料构成，因此使用者可以查看机器3200的操作。机器3200可以配置为使得当门3201打开时停止操作，以保证使用者的安全。
在本公开的另一个实施方案中，机器3300可以具有喷洒器3301，该喷洒器在切割区域的内表面上喷射流体，如图33所示。这可以允许机器3300将粘附到暴露的内表面的磨料冲到储罐中。
当高速混合物1045通过切割头1030排出时，它可以切穿工件1050。工件1050搁置在切割床1051上并且可以安装到切割床1051上，使得它在切割操作期间被固定。工件被安装成相对于运动系统1040的坐标对齐，使得切割操作准确。图34a示出了第一现有技术aiwj系统，其包括一系列金属板条，这些金属板条横跨储罐的宽度并在两端都有支撑。图34b示出了第二现有技术aiwj系统，其包括并排堆叠的波纹塑料片。波纹塑料片可以全部为单一颜色并且在单个方向上对齐。沿切割床边缘的标尺可以帮助对准工件，但是这种对准方法不精确，特别是在使用大切割床和小工件的情况下。尽管塑料片可以全部在单个方向上对齐，但这些片仅为垂直于其方向的标尺而不与为它们平行的标尺提供视觉指示。由于每一片较薄(例如大约5mm)，彼此并排堆叠，而且都是相同的颜色，因此可能难以有效地使用这些片作为视觉测量指示器。因此，工件在切割床上的不精确安装和对准可能是常见的。
图35a和35b示出了根据本公开的实施方案的对准系统，其可以改善工件的视觉对准。在图35a所示的实施方案中，切割床3451包括互锁片3452。片3452可由任何合适的材料制成，包括波纹塑料。某些片3453可为不同的颜色，例如以在切割床3451的表面上形成可见的网格。片3453可在整个切割床3451上均匀地间隔，并且可彼此互锁。如图34b所示，第一片3452可包括被移除的部分3454，其接收第二片3453的垂直部分。切割床3451的顶部和底部都可以包括片3452和3453的这种组合，使得当顶部磨损时，切割床3451可以翻转以暴露未磨损的一侧。类似地设想切割床3451可在每侧上具有不同的可见坐标(或没有坐标)。例如，片3452和3453之间的间隔可以在切割床3451的每一侧上不同。
根据本公开的实施方案，提供了一种改进的aiwj系统，其消除了现有技术系统的缺陷，同时保持了水射流技术的固有优点。例如，根据本公开的aiwj系统可以在比当前系统相对较低的压力和功率水平下操作。低工作压力允许以下优点中的一个或多个：使用较便宜的泵，维护工作较少的时间表，使用较便宜的材料来构造整个液压子系统，诸如铝和黄铜，以及使用小尺寸和灵活的部件，这可以创建更紧凑的设计。本文描述的低功率布置可以允许以下优点中的一个或多个：消除对专用电源基础设施的需要，降低使用成本，以及用于液压功率耗散的相对浅的流体储罐。
根据本公开的各方面，隔膜泵、活塞泵或曲柄泵可以用在aiwj系统中。这些泵构造可对液压子系统具有以下优点中的一个或多个：从马达输入侧消除对诸如240至460v特殊电源的需求，消除对在泵的入口处针对普通自来水进行精细0.4至1.0μm过滤的需求，无需额外的冷却子系统进行连续运行，运行更安静，重建成本更低，并且无需额外的再循环或安全阀回路。因此，可以提供一种更容易组装和制造的更便宜且更小的机器。
本公开的另一方面是具有比现有技术系统明显更低的磨料流量的aiwj系统。由于低压和流体流量，最佳磨料流量可为例如0.1至0.5磅/分钟。
根据本公开的其他方面，可以降低材料的切割速度。例如，当前aiwj系统以60,000psi的速度运行，以约50英寸每分钟(ipm)的速度切割1/16"铝。相反地，根据本公开的aiwj系统可以在2,000psi和5000psi之间操作以在4ipm下切割1/16"铝。当前的aiwj系统主要用于切割大量材料的工业车间。因此，即使机器成本低得多，慢切割速度也会降低成本效益。然而，根据本公开的aiwj系统可以由个人爱好者、工匠、小企业或教育机构使用，他们可以具有明显较低的切割需求量并且不太关心切割速度。根据本公开的对不同材料的示例性切割速度包括：在6ipm下切割1/4"玻璃，在2ipm下切割0.047"厚的不锈钢，在6ipm下切割1/4"厚的瓷砖，在3ipm下切割3/4"厚的木材，以及在3ipm下切割1/4"厚的abs塑料。不同材料的其他示例性切割速度在下表i中列出。
表i.材料和切割速度
与现有技术的aiwj系统相比，本公开提供了一种可具有显著不同的液压操作条件的aiwj系统，这些液压操作条件包括：流体压力、流体流量和液压功率。例如，当前aiwj系统工作在10,000至90,000psi、0.5至6gpm(加仑/分钟)和15至200hp。本公开提供了一种可工作在大约2,000至5,000psi或2,000至8,000psi、0.1至1gpm和1至2.4hp或1至5hp的aiwj系统。因此，本公开提供了一种价格更低和操作更经济并且可被更广泛的用户获得的aiwj系统。此外，根据本公开的一个aiwj系统可具有比现有技术的系统构造更简化的液压子系统。这些优点可以允许aiwj系统可在比现有技术的系统广泛得多的用户和应用中使用。
虽然针对一个或多个具体实施方案描述了本公开，但是应当理解，在不脱离本公开的实质和范围的情况下，可以制定本公开的其他实施方案。应当理解，本文所述的实施方案可与在任何工作压力下工作的aiwj系统一起使用。
1.一种水射流系统，其特征在于，包括：
泵，所述泵被配置为泵送流体；
电动马达，所述电动马达被配置为驱动所述泵；
料斗，所述料斗被配置为储存磨料；
混合室，所述混合室被配置为将来自所述料斗的磨料和来自所述泵的所述流体混合以产生浆料；
切割床，所述切割床被配置为接收待切割的工件；
切割头，所述切割头包括出口喷嘴并在下游与所述混合室流体连通，所述切割头被配置为将所述浆料作为高速射流通过所述出口喷嘴排出到所述切割床中；
磨料收集系统，所述磨料收集系统包括位于所述切割床下游的储罐，所述储罐具有被配置为从所述储罐吸取所述浆料的一个或多个吸入口；以及
一个或多个文氏管接头，所述一个或多个文氏管接头用以产生用于通过所述储罐中的所述一个或多个吸入口吸取所述浆料的吸力。
2.根据权利要求1所述的水射流系统，其特征在于，还包括收集泵，所述收集泵被配置为泵送流体通过所述储罐中的出口，使得所述浆料被推向所述储罐中的所述一个或多个吸入口。
3.根据权利要求1所述的水射流系统，其特征在于，还包括收集泵，所述收集泵被配置为将储罐流体从所述储罐中的入口泵送通过所述一个或多个文氏管接头以产生用于从所述储罐吸取所述浆料的所述吸力。
4.根据权利要求3所述的水射流系统，其特征在于，还包括定位在所述入口附近的一个或多个挡板，所述一个或多个挡板被配置为减少碎屑进入所述收集泵。
5.根据权利要求1所述的水射流系统，其特征在于，所述浆料通过所述一个或多个吸入口被吸取到设置在所述储罐内的保持容器中。
6.根据权利要求1所述的水射流系统，其特征在于，所述泵为以下中的一个或多个：隔膜泵和活塞泵。
7.根据权利要求1所述的水射流系统，其特征在于，所述泵为曲柄泵，所述曲柄泵是不具有变频驱动器的三柱塞泵。
8.根据权利要求1所述的水射流系统，其特征在于，所述料斗安装在所述切割头处或所述切割头下方的固定位置。
9.根据权利要求1所述的水射流系统，其特征在于，还包括被配置为使所述料斗振动的振动设备。
10.根据权利要求9所述的水射流系统，其特征在于，还包括声音设备，所述声音设备被配置为在振动范围下产生可听噪声来警告用户所述料斗中的磨料量低。
技术总结